基于fpga的直接序列擴頻系統(tǒng)測距定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實現(xiàn)一種射頻線路的故障檢測，具體是一種基于直接序列擴頻系統(tǒng)的故障 定位方法。
[0002] 本發(fā)明用FPGA實現(xiàn)擴頻調(diào)制器、擴頻解調(diào)器、偽碼信息處理單元，射頻線路故障 檢測算法。
【背景技術(shù)】
[0003] 本設(shè)計采用擴頻技術(shù)傳輸射頻信號，擴頻技術(shù)是將要發(fā)送的信息頻譜擴寬到一個 很寬的帶寬上進行發(fā)射，接收端用相關(guān)接收原理將其帶寬壓縮，恢復(fù)出原來的窄帶信號。擴 頻技術(shù)有兩大特征：第一、傳輸帶寬大于被傳送的原始信號帶寬。第二，傳輸帶寬主要由擴 頻函數(shù)決定。在擴頻方式上，本設(shè)計采用直接序列擴頻的擴頻通信方式，直接序列擴頻將擴 頻碼與待傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號進行模2加，從而完成擴頻運算。
[0004] 射頻信號在被測線路中傳輸速度是不變的，如果能測量射頻信號到故障點傳輸?shù)?時間差，就可以測量距離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的偽隨機序列 速率很高，每個碼片所占用的時間就很短。當(dāng)射頻信號遇到故障點反射回來，在接收端解調(diào) 出偽隨機序列，然后比較收發(fā)兩個偽碼序列相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時 間差，從而算出兩者之間的距離。測量精度取決于碼片的寬度，碼片越窄，精度越高。目前 射頻線路故障監(jiān)測設(shè)備大多采用線性調(diào)頻技術(shù)，本設(shè)計采用實現(xiàn)難度更高的直接序列擴頻 的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于射頻的線路故障檢測系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】 中提出的問題。為了實現(xiàn)在線射頻線路故障定位，解決現(xiàn)有技術(shù)故障定位距離短、精度不高 的缺點，本發(fā)明采用的直接序列擴頻定位系統(tǒng)增強了故障檢測能力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā) 明提供如下技術(shù)方案： 一種基于射頻的線路故障檢測系統(tǒng)，包括控制部分、基帶部分、數(shù)字中頻部分和射頻、 部分，所述控制部分采用ARM做控制器，所述基帶部分通過FPGA完成基帶編解碼、濾波、 DDC、DUC、信息處理；數(shù)字中頻部分包括A/D、D/A和濾波器；所述射頻包括小信號放大器、混 頻器、環(huán)形器； 所述FPGA內(nèi)的擴頻調(diào)制器對偽碼進行調(diào)制，經(jīng)過DUC、濾波、A/D產(chǎn)生數(shù)字中頻信號，然 后經(jīng)過混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過環(huán)形器接入合路器，與被測線路連接， 射頻信號在被測線路里傳輸過程中如有故障點，則產(chǎn)生反射波，反射信號經(jīng)過合路器、環(huán)形 器進入射頻線路故障檢測設(shè)備，反射信號經(jīng)過混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過D/A傳送 給FPGA，經(jīng)過DDC后變?yōu)榛鶐盘?，最后?jīng)過擴頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。 信息處理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個故障點的駐波比，回波損耗等信息。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：擴頻通信能提高信號的信噪比，直接序列 擴頻的擴頻通信方式對窄帶干擾有抑制作用、同時具有抗寬帶阻塞噪聲干擾能力、抗多徑 干擾的能力，因此本發(fā)明適合長距離、高精度定位的射頻線路檢測系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0007] 圖1為基于FPGA的射頻線路故障檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0008] 圖3為信息處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0010] 請參閱圖1-3, 一種基于射頻的線路故障檢測系統(tǒng)，包括控制部分、基帶部分、數(shù)字 中頻部分和射頻部分，所述控制部分采用ARM做控制器，所述基帶部分通過FPGA生成基帶 調(diào)制碼，F(xiàn)PGA包括信息處理單元、擴頻調(diào)制器、DUC和DDC;數(shù)字中頻部分包括A/D、D/A和濾 波器；所述射頻部分包括混頻器、放大器和環(huán)形器； 所述FPGA內(nèi)的擴頻調(diào)制器對偽碼進行調(diào)制，經(jīng)過DUC、濾波、A/D產(chǎn)生數(shù)字中頻信號，然 后經(jīng)過混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過環(huán)形器接入合路器，與被測線路連接， 射頻信號在被測線路里傳輸過程中如有故障點，則產(chǎn)生反射波，反射信號經(jīng)過合路器、環(huán)形 器進入漏纜檢測設(shè)備，反射信號經(jīng)過混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過D/A傳送給FPGA，經(jīng) 過DDC后變?yōu)榛鶐盘?，最后?jīng)過擴頻調(diào)制器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。信息處理 單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個故障點的駐波比，回波損耗等信息。
[0011] 本發(fā)明的工作原理是：本設(shè)計采用直接序列擴頻技術(shù)，直接序列擴頻技術(shù)是將要 發(fā)送的信息頻譜擴寬到一個很寬的帶寬上進行發(fā)射，接收端用相關(guān)接收原理將其帶寬壓 縮，恢復(fù)出原來窄帶信號。擴頻技術(shù)有兩大特征：第一、傳輸帶寬大于被傳送的原始信號帶 寬。第二，傳輸帶寬主要由擴頻函數(shù)決定。在擴頻方式上，本設(shè)計采用直接序列擴頻的通信 方式，直接序列擴頻將擴頻碼與待傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號進行模2加，從而完成擴頻運算。
[0012] FPGA內(nèi)的擴頻調(diào)制器對偽碼進行調(diào)制，經(jīng)過DUC、濾波、AD產(chǎn)生數(shù)字中頻信號，然 后經(jīng)過混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過環(huán)形器接入合路器，與被測線路連接。 射頻信號在被測線路里傳輸過程中如有故障點，則產(chǎn)生反射信號，反射信號經(jīng)過合路器、環(huán) 形器進入漏纜檢測設(shè)備。反射信號經(jīng)過混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過DA傳送給FPGA、 經(jīng)過DDC后變?yōu)榛鶐盘?，最后?jīng)過擴頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。信息處 理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個故障點的駐波比，回波損耗等信息。
[0013] 圖2為FPGA內(nèi)部主要模塊的結(jié)構(gòu)框圖。A/D的采樣率為184. 32M，數(shù)字中頻頻點 為138. 24M。ADC輸入的是數(shù)字中頻信號，中頻頻點為138. 24,位于第2Nyquist區(qū)，采樣率 184. 32MHz，DDC將中頻信號搬移到基帶，然后濾波，抽取到92. 16M。將DDC出來的信號送給 擴頻解調(diào)器。擴頻調(diào)制器將將調(diào)制的信號送入DUC，經(jīng)過插值、濾波后送給DA，變?yōu)橹蓄l信 號。信息處理單元根據(jù)對擴頻解調(diào)輸出信號進行處理，得出射頻線路的故障點信息，然后上 報給處理器。
[0014] 圖3為信息處理單元框圖，用偽碼測距的基本思想是利用無線電波收發(fā)之間的傳 播時間來進行測量。對于本設(shè)計發(fā)射的射頻信號，經(jīng)過發(fā)射，電波從發(fā)射時刻起到收到回波 信號，傳輸時延為f，則目標(biāo)距離d和傳輸距離S之間關(guān)系為：
c為光速，測距主要是測量傳輸時延L目前大多采用脈沖或連續(xù)波測量，當(dāng)距離很大 是無論是脈沖還是連續(xù)波，都存在困難。脈沖增加發(fā)射功率受限，連續(xù)波存在距離模糊。利 用偽碼的尖銳性，以及偽碼的周期性很長的特點，采用相關(guān)接收技術(shù)，可以利用發(fā)射偽碼和 接收偽碼的相位差來測量傳輸延時，是測量抗干擾能力增強，測距精度和測量范圍也大大 增加。
[0015] 本發(fā)明能達到的預(yù)期指標(biāo)：（1)能夠?qū)β├|、天線饋線等線路故障進行定位；（2) 能夠在線定位；（3)能夠達到至少1500米(包括跳線和漏纜)的距離，10米的定位精度；（4) 能夠遠(yuǎn)程控制；（5)網(wǎng)管能夠?qū)崟r報警。
[0016] 射頻線路故障測試過程，射頻線路故障檢測信號與射頻線路工作信號一起通過合 路器接入射頻鏈路，檢測信號和工作信號在不同的頻段發(fā)送，對工作信號頻段信號雜散小 于-lOOdBm。檢測信號在傳輸過程中遇到故障點會有反射，反射信號經(jīng)過環(huán)形器進入檢測設(shè) 備。反射信號與發(fā)射信號的時間差值，可以確定故障點。檢測信號在射頻線路傳輸過程中 會有損耗，其中損耗因子的大小和射頻線路的物理特性有關(guān)，在射頻線路故障檢測設(shè)備接 收靈敏度不變的情況下，線路衰減因子和能檢測的最大距離成反比。射頻線路檢測設(shè)備提 供了 100M的以太網(wǎng)口、RS232 口，即可用于本地測試、程序升級，也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控。射頻線路 故障檢測設(shè)備可以同完成兩個方向的故障檢測，每個方向都通過合路器接入被測線路。射 頻線路故障檢測設(shè)備可以進行星形組網(wǎng)，監(jiān)測信息可以通過光纖以太轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，通過光 纖上傳給監(jiān)測管理單元，監(jiān)測管理單元統(tǒng)一對射頻線路檢測設(shè)備進行控制。
[0017] 射頻線路故障檢測設(shè)備具備以下幾個功能：1.漏纜駐波比指標(biāo)的監(jiān)測和告警功 能。2.故障定位功能。3.同時監(jiān)測兩條漏纜的功能4.從本地維護接口讀取、存儲及導(dǎo)出 數(shù)據(jù)的功能。5.將設(shè)備的相關(guān)信息經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸鏈路傳送至網(wǎng)管系統(tǒng)的功能。6.設(shè)備故障 時不影響既有無線系統(tǒng)的正常工作。
【主權(quán)項】
1. 一種使用射頻信號定位和監(jiān)測射頻線路的方法，射頻故障檢測設(shè)備主要包括基帶部 分、數(shù)字中頻部分、射頻部分、控制部分。FPGA完成基帶部分和上變頻、下變頻、AD接口、DA 接口。FPGA內(nèi)主要包括處理器接口單元、信息處理單元、擴頻調(diào)制器、擴頻解調(diào)器、DDC、DUC、 AD接口、DA接口等部分。所述FPGA內(nèi)的擴頻調(diào)制器對偽碼進行調(diào)制，經(jīng)過DUC、濾波、A/D 產(chǎn)生數(shù)字中頻信號，然后經(jīng)過混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過環(huán)形器接入合路 器，與被測線路連接，射頻信號在被測線路里傳輸過程中如有故障點，則產(chǎn)生反射波，反射 信號經(jīng)過合路器、環(huán)形器進入漏纜檢測設(shè)備，反射信號經(jīng)過混頻器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號、最 后再經(jīng)過D/A傳送給FPGA，經(jīng)過DDC后變?yōu)榛鶐盘?，最后?jīng)過擴頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼 給信息處理單元。信息處理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個故障點的駐波比，回 波損耗等信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于FPGA的直接序列擴頻系統(tǒng)測距定位方法，使用射頻信號定位和監(jiān)測射頻線路故障。采用直接序列擴頻通信，直接序列擴頻通信具有抗干擾能力強、良好的抗多徑干擾能力、能精確的定時和測距，使無線通信性能變得更加可靠，采用直接序列擴頻通信對于射頻線路故障定位及測距有自身的優(yōu)勢。射頻故障檢測設(shè)備主要包括基帶部分、數(shù)字中頻部分、射頻部分、控制部分。FPGA完成基帶部分和上變頻、下變頻。FPGA內(nèi)主要包括處理器接口單元、信息處理單元、擴頻調(diào)制器、擴頻解調(diào)器、DDC、DUC、AD接口、DA接口等部分。
【IPC分類】H04B1/707, H04B3/46
【公開號】CN105281806
【申請?zhí)枴緾N201510760119
【發(fā)明人】楊向暉
【申請人】Comlab（北京）通信系統(tǒng)設(shè)備有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月10日